盾構(gòu)隧道進(jìn)出洞土體顆粒漸進(jìn)破壞模式分析及加固精細(xì)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、針對(duì)盾構(gòu)隧道進(jìn)出洞端頭土體穩(wěn)定性及加固尺寸精細(xì)化設(shè)計(jì)等工程實(shí)際難題,本論文結(jié)合南京地鐵TA15標(biāo)盾構(gòu)隧道始發(fā)及到達(dá)進(jìn)出洞端頭的加固工程實(shí)例,基于從建立微觀模型到宏觀對(duì)比、并通過工程實(shí)例再驗(yàn)證的思路,建立南京地鐵沿線低山丘陵及淤積平原區(qū)典型粉細(xì)砂層顆粒流細(xì)觀模型及加固模型、并基于微觀顆粒流——宏細(xì)觀剪切帶——宏觀工程失穩(wěn)——工程加固精細(xì)化設(shè)計(jì)實(shí)例的研究思路,對(duì)盾構(gòu)隧道進(jìn)出洞端頭土體的破壞模式、穩(wěn)定性計(jì)算方法及進(jìn)出洞端頭土體加固尺寸的確定做

2、進(jìn)一步的參數(shù)校核、比較分析和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,取得的相關(guān)研究成果如下:
　　 (1)基于南京地鐵沿線低山丘陵及淤積平原區(qū)的特殊地貌及穿越地質(zhì)條件,建立了南京盾構(gòu)隧道進(jìn)出洞穿越端頭土體顆粒流細(xì)觀模型,對(duì)伴隨盾構(gòu)穿越土層擾動(dòng)破壞過程進(jìn)出洞端頭土體的特殊漸進(jìn)性破壞特征及破壞模式進(jìn)行了分析,初步確定該地區(qū)盾構(gòu)掘進(jìn)過程中細(xì)觀參數(shù)的影響范圍及其對(duì)土性特性的影響規(guī)律。南京地區(qū)原狀土體受盾構(gòu)刀盤切削、抓刨、振動(dòng)、沖擊、壓實(shí)、擠密、剝離等動(dòng)靜荷載作用,伴

3、隨孔隙水壓力的消散和局部激增過程,內(nèi)摩擦角隨顆粒摩擦系數(shù)的增大呈現(xiàn)類線性增加趨勢(shì)；粘聚力也隨顆粒間粘結(jié)強(qiáng)度的增大表現(xiàn)為線性增大關(guān)系。
　　 (2)給出盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭土體的穩(wěn)定系數(shù)、進(jìn)出洞端頭土體的理論加固系數(shù)及范圍。通過從微觀到宏觀,由淺入深的分析比較方法,對(duì)南京地鐵盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭土體穩(wěn)定性及參數(shù)敏感性做進(jìn)一步分析認(rèn)為:設(shè)計(jì)能否增加盾構(gòu)隧道埋深取決于是否能有效控制或提高進(jìn)出洞端頭土體的穩(wěn)定性,隧道埋深越淺,進(jìn)出洞端頭土體的穩(wěn)定性

4、相對(duì)越差,風(fēng)險(xiǎn)越大,越需提高掘進(jìn)土體的內(nèi)摩擦角和粘聚力指標(biāo)。內(nèi)摩擦角和粘聚力變化對(duì)進(jìn)出洞端頭土體的穩(wěn)定性影響最顯著,而泊松比變化對(duì)進(jìn)出洞端頭土體穩(wěn)定性的影響相對(duì)并不明顯。
　　 (3)通過分析南京地鐵盾構(gòu)進(jìn)出洞穿越土體位移場(chǎng)的發(fā)展變化規(guī)律可知,該地區(qū)盾構(gòu)進(jìn)出洞穿越時(shí)端頭土體呈現(xiàn)較明顯的顆粒定向性運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),刀盤推進(jìn)中土體顆粒流的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律從無明顯定向到呈現(xiàn)明顯顆粒位移定向等特征,土體被擠密、重構(gòu)、剝離等的過程中快速形成明顯的剪切

5、滑移帶并發(fā)展貫通成滑裂(動(dòng))面,最終形成進(jìn)出洞端頭土體滑動(dòng)面較集中在兩部分?jǐn)D壓區(qū)域出現(xiàn):洞門上邊緣以上位置,滑動(dòng)面基本呈斜直線分布,洞門上邊緣以下位置的滑動(dòng)面基本呈對(duì)數(shù)螺旋線或近似圓形的分布規(guī)律。實(shí)測(cè)土體損失體積與現(xiàn)場(chǎng)地表動(dòng)態(tài)沉降槽體積基本吻合,為此規(guī)律提供了一例理論佐證。
　　 (4)建立盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭土體彈性薄板的修正極限平衡分析模型,計(jì)算了進(jìn)出洞端頭土體的加固厚度,通過與實(shí)例進(jìn)行對(duì)比,對(duì)建議理論進(jìn)行了條件修正。
　　

6、 分析可知:在取相同計(jì)算參數(shù)和安全系數(shù)的條件下,經(jīng)典極限平衡模型的計(jì)算加固厚度為4.68m,修正彈性薄板模型計(jì)算的加固厚度為5.15m,傳統(tǒng)彈性薄板模型計(jì)算的加固厚度為7.54m,實(shí)際南京地鐵工程中選取加固厚度6.0m、并實(shí)現(xiàn)成功進(jìn)出洞。
　　 通過與實(shí)際工程的應(yīng)用對(duì)比可看出,經(jīng)典極限平衡模型和修正彈性薄板模型的計(jì)算結(jié)果略小并接近南京地鐵實(shí)際工程取值,而傳統(tǒng)彈性薄板模型的計(jì)算結(jié)果明顯偏于安全。
　　 (5)基于塑性松動(dòng)